Các loại sợi chính được sử dụng trong vật liệu tổng hợp hiệu suất cao-
1. Sợi thủy tinh (Fiberglass)
Có nhiều loại sợi thủy tinh khác nhau, nhưng đối với vật liệu tổng hợp thì có hai loại phổ biến nhất. Sợi thủy tinh E-là loại tiêu chuẩn trong hầu hết các sản phẩm gia cố bằng sợi thủy tinh-, trong khi sợi thủy tinh S-(còn được gọi là sợi thủy tinh R- hoặc sợi thủy tinh T-) có độ bền kéo tốt hơn đáng kể. Sợi thủy tinh S-thường nhỏ hơn sợi thủy tinh E-, có độ bám dính tốt hơn trong nền nhựa và hiệu suất va đập được cải thiện. Nhưng nó có giá cao hơn rất nhiều. Sợi thủy tinh S-2 là sợi thủy tinh S{14}}thương mại có độ bền cao hơn, có độ bền kéo gấp đôi sợi thủy tinh E{17}}thông thường và cũng có độ cứng cao hơn khoảng 10-20%. Nhưng đối với hầu hết các ứng dụng, sợi thủy tinh E là đủ.
Sợi thủy tinh được chế tạo bằng cách ép đùn các sản phẩm khoáng chất nóng chảy (1700 độ) (silica, nhôm và canxi oxit, v.v.) thông qua các lỗ có đường kính nhỏ. Thông thường, sợi thủy tinh E{3}}có đường kính khoảng 10-25 micron, khiến chúng lớn hơn sợi carbon.
2. Sợi carbon
Sợi carbon có nhiều loại, với tính chất cơ học và giá thành khác nhau. Sợi carbon không được ép đùn trực tiếp từ vật liệu nóng chảy mà được tạo ra bằng cách xử lý nhiệt chất xơ tiền thân, bao gồm cả quá trình-oxy hóa trước trong môi trường không khí và cacbon hóa trong môi trường trơ. Dưới sức căng, cấu trúc carbon bên trong sợi sẽ thẳng hàng, giúp tối đa hóa độ bền kéo và độ cứng.
Tiền chất phổ biến nhất được sử dụng cho sợi carbon là sợi polyacrylonitrile (PAN). Hiện nay, sợi carbon mô đun trung bình và tiêu chuẩn phổ biến nhất đều dựa trên tiền chất PAN. Mô đun sợi carbon được chuẩn bị bởi hệ thống tiền chất nhựa đường (sân) thường cao hơn. Một sợi carbon đơn thường nhỏ hơn sợi thủy tinh, đường kính chỉ 5 micron. Sợi carbon mô đun thường được phân loại thành mô đun tiêu chuẩn, mô đun trung gian (IM), mô đun cao (HM) và sợi cacbon mô đun cực cao.
Các loại sợi gia cố đặc biệt khác trong công nghiệp
Ngoài kính và carbon truyền thống, các ứng dụng chuyên dụng đòi hỏi cấu trúc sợi độc đáo:
- Sợi Kevlar Aramid:Một loại sợi aramid tổng hợp được phát triển bởi DuPont. Các sợi aramid thương mại khác bao gồm Twaron, Technora và Nomex. Là sợi gia cố cho vật liệu composite, sợi aramid chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng có độ bền kéo cao và khả năng chống đâm thủng, mài mòn và gãy. Chúng thường được sử dụng kết hợp với sợi carbon hoặc sợi thủy tinh.
- Sợi bazan:Được chế tạo bằng cách sử dụng quy trình nấu chảy và ép đùn tương tự như sợi thủy tinh. Độ bền kéo và mô đun của nó cao hơn một chút so với sợi thủy tinh E{1}} nhưng thấp hơn sợi carbon. Mật độ tương tự như sợi thủy tinh E-. Giá nằm giữa E-sợi thủy tinh và sợi carbon.
- Polyethylene có trọng lượng phân tử cực cao:-Cả Dyneema và Spectra đều là sợi được làm từ sợi ép đùn polyetylen có trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE) hoặc mô đun polyetylen cao (HMPE). UHMWPE chắc chắn, bền và thường được pha trộn với sợi carbon để tăng cường độ bền tổng hợp và khả năng hấp thụ năng lượng tác động.
- Polypropylene trọng lượng phân tử cao:Innegra là loại sợi được làm từ polypropylen có trọng lượng phân tử cao (HMPP). Mặc dù không bền bằng Kevlar hay Dyneema nhưng Innegra bền và có khả năng chống va đập, gãy vỡ với chi phí thấp hơn.
- Sợi thực vật:Sợi gia cố cấu trúc lâu đời nhất là sợi gỗ và thực vật (như lanh và đay). Mặc dù mang lại lợi ích sinh thái, sợi thực vật gặp khó khăn trong việc hấp thụ độ ẩm và thể hiện nhiều tính không nhất quán về mặt cơ học so với kính E{1}}được thiết kế.
- Sợi gốm:Được sử dụng trong vật liệu tổng hợp ma trận gốm (CMC) để có khả năng chịu nhiệt độ-cực cao. Sợi boron không chứa oxit-có độ bền nén đáng kinh ngạc, trong khi sợi cacbua silic (SiC) mang lại độ cứng tối cao.
Chuyển đổi sợi thô thành giải pháp kết cấu: Sự khác biệt của LFT
Chỉ trộn sợi thô với nhựa là không đủ cho các ứng dụng kết cấu chịu lực-nặng. Các hợp chất sợi-ngắn tiêu chuẩn sử dụng các sợi được cắt nhỏ có kích thước dưới 1 mm, hoạt động như các chất độn dạng hạt nhưng không truyền được ứng suất cơ học một cách hiệu quả. Đây là nơiNhựa nhiệt dẻo sợi dài (LFT/LFRT)trở nên thiết yếu.
Bằng cách sử dụng công nghệ ép đùn liên tục, LFT-G®căn chỉnh sợi thủy tinh E{0}}hoặc sợi carbon PAN bên trong ma trận polyme (như PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). Trong thành phần đúc-ép phun cuối cùng, các sợi này giữ lại chiều dài 10-12mm, tạo thànhMạng khung xương lồng vào nhau 3D. Bộ xương bên trong này cải thiện đáng kể:
- Chống va đập:Hấp thụ sốc cơ học và ngăn ngừa sự lan truyền vết nứt.
- Ổn định kích thước:Giảm sự co ngót của nấm mốc và loại bỏ hiện tượng cong vênh.
- Khả năng thay thế kim loại:Thay thế các thành phần nhôm và thép nặng, giảm trọng lượng bộ phận tới 50%.
